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3Blue1Brown:现在正是学习数学的最佳时机

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鱼羊 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

现在正是学习数学的最佳时机。

惊不惊喜意不意外,就在一众数学家对着AI炸毛的时候,知名数学科普频道3B1B的创始人格兰特·桑德森(Grant Sanderson)专门做了一期视频,明晃晃把“劝学”写在了标题上。



他没有否定AI在数学领域的进展飞快,但“即使AI在数学证明方面全方面强过人类”:

这对数学本身的价值,和数学领域的资金来源也几乎没有影响。

不仅人类数学研究不会因AI消亡,甚至“**可能迎来最好的时代”。

因为AI真正改变的,是数学的学术制度文化和功劳分配体系。



有意思……一起来看看作为数学科普领域最知名的布道师之一,格兰特到底为啥能这么开朗乐观。

展开全文前,再来品品几个核心观点:

  • AI当下的能力可能被高估,但进步速度从没有被高估。
  • 好的数学家证明定理,伟大的数学家提出猜想,最伟大的数学家书写定义。
  • 当机器能够批量生成证明,证明就该被视为数学的“原始数据”。
  • AI比你更会解题,不妨碍你通过解题变强——机器比你更会举铁,但你仍然值得去健身。
  • 教育真正的瓶颈不是解释得够不够清楚,而是人到底想不想学。
  • 现在进入数学领域,就有机会参与定义:到底什么样的数学工作值得被认可。

(以下内容根据3B1B原视频整理)

数学家到底在做什么

很多数学家都把时间花在证明定理上,但证明定理并非数学研究的全部。

有句老话说得好:好的数学家证明定理,伟大的数学家提出猜想,最伟大的数学家书写定义。

格兰特把数学研究拆成了5个部分:

  • 证明定理:回答某个命题为什么成立。
  • 提出问题或猜想:判断哪些问题值得追问,哪些方向可能产生丰富的数学。
  • 构建理论:找到合适的定义、结构和思维框架,把分散的结果组织成整体理解。举个例子,笛卡尔引入直角坐标,与其说是在回答某个具体问题,不如说是提供了整套思考框架。
  • 寻找应用:把抽象数学连接到科学和工程。
  • 沟通交流:让其他人理解结果、思路、动机,以及为什么这些结构值得研究。

那么,数学的价值到底在哪里?



数学对世界的三种价值

第一类价值,是应用价值。

从基础数学到实际应用,中间可能相隔几十年甚至几百年。因此,不能只用一个问题当下有没有用途来衡量它。

经典的例子是,16世纪一群意大利人试图解三次方程,得到了一个奇怪的技巧:对负数开平方。这个技巧衍生出了虚数的概念。数百年后,虚数成为了量子力学、电气工程的基础。

同样,对欧几里得第五公设的追问,促使人们发展出了非欧几何,非欧几何一路延展,让人们走向了广义相对论。

第二类价值,是个人层面的价值。

接受数学训练的过程,会让人获得解决问题的能力,并且这些能力具有很强的可迁移性。

许多受过数学训练的人最后并没有成为职业数学家,而是进入计算机、机器学习、AI安全、金融、密码学等领域。他们可能只修过若干课程,也可能已经获得数学博士学位。

格兰特认为,寻找合适抽象、分析结构和解决问题的训练,似乎具有可迁移性。这意味着数学教育的价值,不能只按培养出多少数学家来衡量,也要看它为其他领域培养了怎样的人。

第三类价值,是审美价值:做数学本身是快乐的。

格兰特本人就很享受这种乐趣:

当我面对一个好问题、看到它被解决时,脑子里会“咔哒”一下。
当我接触一个从未在脑中处理过的新理论,它能重塑我的思维。



对于很多数学家而言,做数学能带来一种艺术性的愉悦。格兰特认为,这也解释了数学界对AI的反应为何与艺术家对AI艺术的反应如此相似。

进一步聚焦到具体的钱上,数学的钱主要有4种来源:

  • 教学(最大来源)
  • 公共资金
  • 私人基金
  • 产业资金

从教学之外公共和私人基金合理性的角度来看,数学研究最重要的外部价值是:训练出大量有特定问题解决能力的人,让这些人带着可迁移的技能溢出到经济体的其他部分。

如果AI比人更会证明定理

所以,当AI比人更会证明定理,人类做数学的价值会被破坏吗?

首先,格兰特认为,过去四年的证据证明,在任何时间点上,AI当前的水平都被高估了,但其进步速度不容轻视。

  • 2023年DeepMind攻破IMO几何题,但被批评“定制、暴力、不符合解题精神”;两年后,通用模型已能按任何合理定义解决IMO级问题。
  • Erdős问题的早期机器证明被认为是“低垂的果实”;现在,没有人再这么说了,非常多严肃的问题,LLM都在给出证明。

即便是现在OpenAI抛出纳维-斯托克斯方程大结果、一口气放出数百个问题证明——从现在的角度来看,大多数证明只是从人类数学家最近的贡献出发……但谁知道呢,4年前AI连加减乘除都算不好。



但先放下争议不表,如果AI就是在数学证明方面全面超过人类了,会发生什么?

我认为这对数学的价值和资金来源几乎没有影响,但对数学制度的文化和功劳分配体系有巨大影响。

先从应用价值来看,应用通常更依赖理论构建,而不是一个命题的真伪。

就如群论的意义超出五次方程不可解的结论;围绕费马大定理发展的数学,也比最后的“是或否”更广。

事实上,如果证明更容易获得,人类反而可以更快地探索理论。在这个假设下,公共与私人资助仍有理由存在,研究者甚至能借工具完成更多工作。

至于说落到个人身上的问题解决能力和审美价值——

解决问题的能力就如锻炼肌肉,永远要求你自己参与其中。

审美方面,本身就存在两面:有人认为OpenAI一次性倾倒数百个结果,让数学家们一下子泄了气。但也有数学家对此完全是兴奋状态,尤其当他们关心的不只是证明,而是理论构建时,甚至感觉得到了解放。

格兰特分享了IAS数学家Konstantin Kogler的亲身感受:

(AI的结果)很简单,有一个简洁而有力的想法。我先是感到难以置信的兴奋,为数学、为力量、为我会学到的真理、为我看到的思想的力量。
然后我思考数学,这让我睡得更少;然后我又想到那份兴奋,因为我得到了我真正渴望的洞见。



△Konstantin Kogler

数学的实践又是否会发生变化?

会,并且格兰特认为,基本就是转向理论构建:

  • 研究倒向理论构建:不再被证明速度卡住,可以问所有想问的问题;
  • 工作变成从大量证明中提炼简洁性,织成新理论;
  • 博士论文可能不再是几个证明,而是一整套理论的构建。

在这种情况下,证明会降格为“原始数据”。

类似于数值计算,证明成为理论构建的原材料,而不是终点。

我不在乎Navier-Stokes是否爆破,我在乎的是有没有人理解那个证明里的思想,并让它长成一套美丽连贯的理论。谁做到了,千禧年奖就该给谁。
证明只是数据,就像π小数点后的精确数字。

当然,做研究的方法也要变了。

想要多一个证明,跟模型互动是好办法。但更应该做的是,合上电脑,把自己的理解写一遍,然后问自己:真正阻挡我建立更深理论的,是一个证明,还是我对现有证明的理解?

如果AI也比人类更会提出猜想

那么,如果模型不仅能证明人类提出的命题,还更擅长识别哪些问题值得问、哪些猜想能通向丰富的数学。

又甚至,AI还能从大量证明里提炼简洁结构,创造恰当的概念、符号和定义,形成真正的新理论。

事情又会如何?

格兰特认为,如果人类仍更擅长把问题、定理和证明组织成理论,那么应用价值依然能经由人类的理论工作产生。提问和证明的成本下降,还可能让单个数学家更快推进理论,更早探索理论的用途。

而如果AI把构建理论的部分也全给carry了,人类仍可能需要充分理解机器生成的理论,再判断它是否与癌症研究、核聚变、高温超导等相邻领域有关,把理论真正接到科学与工程上——也就是承担跨领域应用的工作。

必须承认的是,数学带来的“首先发现的快乐”会遭受冲击,但“理解的快乐”可能会不减反增——还是回到那句话,对个人来说,机器再怎么强,想要增强自己的肌肉,你还得自己到健身房去。

当然啦,如果AI最后干啥都比人类强……

那在人的素质的培养之外,可能资助数学就跟资助艺术一样了……

不过在格兰特的分析中,教学本来就是数学的重要经济来源,它对应的价值包括培养人的问题解决能力和让人体验数学。

在这方面,他的核心判断是:教育的瓶颈往往不只是解释得够不够清楚,而是学生愿不愿意学、能否持续投入。

因此,纵使AI更擅长解释,人们仍可能希望向人学习,大学和师生关系也可能继续存在。



△图源:3Blue1Brown

现在是学数学的最好时机

简而言之,格兰特认为,在可预见的未来,数学研究会向强调理论构建的一侧倾斜。

主要的区别是,证明这个原本极具价值的方向,成果会变得更容易获得。由此。衡量人类学术贡献的方式会改变。

而只要数学仍能带来快乐,数学就对人类永远有价值。

有数百万观众愿意看我们的频道,而我们实际上只是在数学之美里打滚,寻找优雅的问题和令人满足的解答,又或者寻找新的思考方式。

划重点(bushi)

当然,不是数百万人都愿意为此付费,那样可太好了。其实有几千人愿意,这就足够了。

而格兰特之所以说现在是进入数学领域的最好时机之一,是因为整个共同体都知道自己必须改变,大家正在寻找这种改变的方向和范例。

所以,现在进入到数学领域中的人,有机会处在数学史上最关键的转折点之一,真正影响未来的走向。

One More Thing

格兰特专门做这么一期视频,缘起于一个观众问题:作为一个数学PhD学生,我明天该做什么。

回到格兰特自己,如果他是一个2026年的PhD学生,他的回答是:

做3Blue1Brown。

找到一条路,投入自己的热爱。



△图源:3Blue1Brown

以及,合上电脑,去social吧,去和同学们聊一聊,你为什么喜欢数学。

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